CN212514271U - 一种平面光极检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平面光极检测仪，包括箱体，所述箱体内放置有样品容器、工业相机和光源，所述工业相机和光源位于样品容器的对面一侧；所述样品容器内放置待测样品，所述待测样品与样品容器的朝向光源和工业相机的器壁之间设置光化学传感膜，所述光化学传感器膜包含对被测物质敏感的荧光染料，荧光染料固定在一种具有渗透性的聚合物基质上。本实用新型的箱体形成密闭的拍照环境，减少了外界光线的干扰；并且保证了测试过程中，对沉积物、土壤和植物根际为非破坏性成像测量，可靠地获取区域中的O2、pH和CO2的分布。

Description

一种平面光极检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种平面光极检测仪，属于平面光极技术领域。

背景技术

沉积物、湿地土壤以及植物根际O2、pH以及CO2等物理化学参数的变化对营养盐和重金属等目标物的迁移转化具有重要作用，因此准确获取这些参数的信息至关重要。目前对其测定通常采用传统的电极法或者化学滴定法，需要把土壤样品采回实验室后测定，只能获取某一个点的一维数据，容易造成空间错位，获取的信息量少且耗时。因此亟需一种能够原位高分辨测定O2、pH 以及CO2的方法。平面光极技术是一种利用光化学传感膜信号的变化捕获被测物质浓度变化的技术。将对被测物质敏感的荧光染料固定在一种具有渗透性的聚合物基质上，在激发光源的照射下，不同类型光化学传感膜的会发出不同的荧光信号(红色、绿色、蓝色)，荧光信号会根据被测物质浓度的变化而变化，用CCD相机捕获这种变化并将其转化成被测物质的浓度。将上述技术需要的组件进行系统集成，可研发出一种平面光极检测仪，快速准确获取沉积物、湿地土壤以及植物根际O2、pH以及CO2的二维空间分布，将其以图像形式表示，实现时间和空间的直观的可视变化效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种平面光极检测仪，其具体技术方案为：包括箱体，所述箱体内放置有样品容器、工业相机和光源，所述工业相机和光源位于样品容器的同一侧；所述样品容器内放置待测样品，所述待测样品与样品容器的朝向光源和工业相机的器壁之间设置光化学传感膜，所述光化学传感膜包含对被测物质敏感的荧光染料，荧光染料固定在一种具有渗透性的聚合物基质上。

将已知的对O2、pH和CO2具有特征光谱的荧光染料溶解到有机溶剂中，将少量该溶液轻轻倒在一张聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上，通过四面制备器在刮膜机上来回多次推动溶剂，将溶剂均匀地铺在PET上，然后放在洁净的避光环境下晾干，就制成了光化学传感膜。

进一步的，所述待测样品包括沉积物、湿地土壤或植物根际土壤。

进一步的，所述被测敏感物质包括O2、pH值和CO2。

进一步的，所述箱体内部还包括隔离板，所述隔离板将箱体内部分隔成两个操控间，其中一个操控间放置样品容器，另一个操控间设置一个元器件模块，所述元器件模块内放置ccd工业相机和光源。

进一步的，所述元器件模块为盒状结构，所述元器件模块固定于隔离板侧面，所述元器件模块的一侧中心设有通孔，所述通孔的两侧设有出光槽；隔离板的对应处设有圆孔和透光槽；所述 CCD工业相机的镜头穿过元器件模块，伸出隔离板。

所述光源设置于元器件模块内，光线依次穿过出光槽和透光槽，投向样品容器。所述光源是具有特征波长的LED光源，均匀分布在两侧，保证两边光照射到样品上均匀，光源前面设置匀光片，保证光线照射均匀。固定就是用螺丝固定的，光源两端有孔，直接用螺丝把光源固定在电路板上，然后接上线。

进一步的，所述箱体上开设窗口，用于打开窗口拆装相机和调节相机的焦距。

进一步的，所述化学传感膜包括溶解氧传感膜、PH传感膜和CO2传感膜。光化学传感膜上含有一种对被测物质敏感的荧光染料，染料被固定在一种具有气体渗透性的聚合物基质上。溶解氧 (DO)传感膜原理是当溶解性的氧气渗透通过聚合物与荧光染料接触时，染料的荧光会根据氧气浓度的变化而发生动态猝灭，荧光变化(红光)可被CCD相机识别并记录，根据荧光强度来定量氧气浓度，能测定的氧气含量范围为：0-100％

pH传感膜原理是H+渗透通过聚合物基质，导致荧光染料产生解离平衡。染料的酸碱形式对应不用的激发光，在不同激发光的照射下，具有相同的发射光(绿光)，并被CCD相机捕获，通过不同激发光下的发射光强度比率来定量，能测定的pH范围为：6-8。

CO2传感膜原理是光化学传感膜上染料以离子对形式存在，发出强烈的绿光，CO2穿过气体渗透膜与传感膜中的离子对反应，使离子对质子化，从而改变传感膜的荧光强度。染料的酸碱形式对应不用的激发光，在不同激发光的照射下，具有不同的发射光(绿光)，用CCD相机捕获荧光的变化，通过不同激发光下的发射光强度比率来定量。

进一步的，所述化学传感膜为薄膜状，化学传感膜的正面与待测物直接接触，背面紧贴器壁，没有空隙和气泡，竖直放置于样品容器内。

进一步的，配置2000万像素的CCD相机，可实现高分辨率成像，速度快，灵敏度高。

本实用新型的工作原理是：

光化学传感膜含有对被测物质敏感的荧光染料，这些染料被固定在一种具有渗透性的聚合物基质上，在激发光源的照射下，不同类型光化学传感膜的会发出不同的荧光信号(红色、绿色、蓝色)，荧光信号会根据被测物质浓度的变化而变化，用CCD相机捕获这种变化并将其转化成被测物质的浓度信息。

1、O2平面光极：

单一稳定强度:快速获取DO的动态变化，但易受荧光染料分布异质性与激发光强度波动的影响。颜色比率测定：指示荧光染料根据被测物质浓度发出不同强度的荧光信号(红光)，而参照染料相应的能发出恒量的不同波长荧光(绿/蓝)，并同时被CCD相机捕获，用荧光比率来准确反应被测物质的浓度。该方法能排除常见的干扰，比如不均一的激发光强度以及荧光染料的异质性分布等。

2、pH/CO2平面光极：

发射光比率测定:pH/CO2传感膜可被两种激发光激发，但最大发射波长在同一波段。用两种激发光下的发射光强度做比率，能排除常见的干扰，比如不均一的激发光强度以及荧光染料的异质性分布等。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的箱体形成密闭的拍照环境，消除了外界光线对荧光的干扰。

(2)保证了测试过程中，对沉积物、土壤和植物根际为非破坏性成像测量，可靠地获取区域中的 O2、pH和CO2的分布。

(3)适用于室内模拟实验研究以及采集的原位样品进行室内测定。

(4)自主研发的集校准、获取图像和图像处理于一体的软件系统，可以实现快速校准，快速获取图像，可以对数据进行统计并绘制一维和二维的图像。

附图说明

图1是本实用新型的内部结构示意图，

图2是本实用新型的使用时候的示意图，

图3是本实用新型的整体结构图；

图4是本实用新型的元器件模块的结构示意图。

附图标记：1—箱体，2—隔离板，3—元器件模块，101—窗口，301—通孔，302—出光槽， 201-圆孔，202—透光槽，4-匀光片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，本实用新型，包括箱体1，箱体1的侧面开设门窗101；

箱体1内设有一个隔离板2，隔离板2的顶部使用固定件固定于箱体1的顶板和底板上。隔离板2将箱体1内部分隔成两个操控间。如图1所示，左侧操控间放置一个样品容器，样品容器内放置样品，样品与容器壁之间设有化学传感膜。另一个操控间设置一个元器件模块3，该元器件模块3贴于隔离板2侧面。

元器件模块3朝向隔离板2的侧面设有通孔，通孔的两侧设有出光槽；隔离板2的对应处也开设圆孔和透光槽。元器件模块内放置工业相机，工业相机的镜头伸过通孔和圆孔，对准样品容器。光源设置于元器件模块内，光线依次透过出光槽和透光槽，投射至样品容器处。所述光源设置于元器件模块内，光线依次穿过出光槽和透光槽，投向样品容器。所述光源是具有特征波长的 LED光源，均匀分布在两侧，保证两边光照射到样品上均匀，光源前面设置匀光片，保证光线照射均匀。固定就是用螺丝固定的，光源两端有孔，直接用螺丝把光源固定在电路板上，然后接上线。

本实用新型的使用方法为：

(1)荧光膜固定：将光化学传感膜置于沉积物、土壤或者植物根际与样品容器器壁之间；

(2)样品培养：在固定好荧光膜的容器内装入待测的样品(沉积物/土壤)或者直接采集原位样品；

(3)样品测定：将待测样品放入仪器箱体的样品摆放区，关闭门窗，形成封闭的密室；

(4)安装镜头与滤镜：从仪器的窗口处探入，将调好白平衡和距离的镜头安装到相机上，同时，根据需要测定的指标在镜头前面安装对应的滤镜；

(5)连接线路：依次连接仪器的电源线、USB线和相机线，连接好后打开仪器面板上红色开关，灯亮表示仪器处于打开状态；

(6)实现拍摄：工业相机对样品进行拍摄，其图片传输至计算机。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种平面光极检测仪，其特征在于：包括箱体，所述箱体内放置有样品容器、工业相机和光源，所述工业相机和光源位于样品容器的对面一侧；所述样品容器内放置待测样品，所述待测样品与样品容器的朝向光源和工业相机的器壁之间设置光化学传感膜，所述光化学传感膜包含对被测物质敏感的荧光染料，荧光染料固定在一种具有渗透性的聚合物基质上。

2.根据权利要求1所述的平面光极检测仪，其特征在于：所述待测样品包括沉积物、湿地土壤或植物根际土壤；所述被测敏感物质包括O2、pH值和CO2。

3.根据权利要求1所述的平面光极检测仪，其特征在于：所述箱体内部包括隔离板，所述隔离板将箱体内部分隔成两个操控间，其中一个操控间放置样品容器，另一个操控间设置一个元器件模块，所述元器件模块内放置包括ccd工业相机和光源的元器件。

4.根据权利要求3所述的平面光极检测仪，其特征在于：所述元器件模块固定于隔离板侧面，所述元器件模块的一侧面中心开设通孔，所述通孔的两侧设有出光槽；隔离板的对应处设有圆孔和透光槽；

所述CCD工业相机的镜头依次穿过元器件模块的通孔、隔离板的圆孔，延伸至隔离板外部；

所述光源设置于元器件模块内，光线依次穿过出光槽和透光槽，投向样品容器。

5.根据权利要求3所述的平面光极检测仪，其特征在于：所述光源是具有特征波长的LED光源，均匀分布在元器件模块的两侧，出光槽覆盖匀光片，使得光线照射均匀。

6.根据权利要求1所述的平面光极检测仪，其特征在于：所述箱体上开设窗口，用于打开窗口拆装相机和调节相机的焦距。

7.根据权利要求1所述的平面光极检测仪，其特征在于：所述化学传感膜包括溶解氧传感膜、PH传感膜和二氧化碳传感膜。

8.根据权利要求1所述的平面光极检测仪，其特征在于：所述化学传感膜为薄膜状，化学传感膜的正面与待测物直接接触，背面紧贴器壁，没有空隙和气泡，竖直放置于样品容器内。

9.根据权利要求1所述的平面光极检测仪，其特征在于：所述箱体侧面设有电源接口、USB接口1和USB接口2，电源接口连接电源线，USB1接仪器主体，USB2接相机。

10.根据权利要求3所述的平面光极检测仪，其特征在于：所述CCD工业相机选用像素2000万以上的高清工业相机。

Images